第二章 细胞的分子基础

1. 第二章 细胞的分子基础

2. 原生质（protoplasm）：构成细胞的物质。 • 宏量元素：C、H、O、N、S、P —— 90%以上 • 微量元素：Na、K、Ca、Cl、Mg、Fe、Cu、 • Zn、Mn、Mo、Co、Cr、Si、F、 • Br、I、Li

3. 生物小分子 生物大分子 • 原生质（protoplasm）：构成细胞的物质。 水 无机化合物 无机盐 • 原生质 糖类 脂类 蛋白质 核酸 有机化合物

4. 一、 生物小分子 （一）无机化合物 • 1.水（water）：占细胞总量的75％ ~ 80％ • 存在方式：游离水——95%，溶剂 • 结合水—— 5%，细胞的组成成分 随着细胞的衰老，细胞的含水量逐渐下降， 活细胞的含水量不低于75％。 作用:溶解无机物、调节温度、 参加酶反应、参与物质代谢和 形成细胞有序结构。

5. 生物小分子的结构与功能 • 2. 无机盐：含量很少，约占细胞干重2％~5%。 • 主要的阴离子：Cl－、SO42－ 、PO43－和HCO3－ ； • 主要的阳离子：Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe2+、Fe3+ 盐在细胞中解离为离子，离子的浓度除具有调节渗透压和维持酸碱平衡的作用外，还有许多重要的作用。 3.有机小分子：单糖；脂肪酸；氨基酸；核苷酸。

6. 生物小分子的结构与功能 (二)有机化合物 有机小分子：单糖；脂肪酸；氨基酸；核苷酸。 生物大分子：多糖；脂类；蛋白质；核酸。

7. 六碳糖：如葡萄糖，是细胞内能源物质。 五碳糖： 核 糖 脱氧核糖 是核酸的组成成分 糖原 淀粉 生物小分子的结构与功能 1.糖类 分子式：(CH2O)n n= 3 ~ 7 ——碳水化合物 单糖 寡糖 ：含3 ~ 十几个糖分子，是构成细胞膜的成分 多糖

8. 生物小分子的结构与功能 2.脂类 • 脂类包括：脂肪酸、类固醇、磷 脂、糖脂等。 • 特点：难溶于水，而易溶于有机溶剂。 • ① 脂肪酸：以甘油三酯或脂肪形式储存，贮存能量； • ② 磷脂：是构成生物膜的基本成分。 • 功能： • 细胞膜的主要成分 • 能量储存形式 • 信号分子

9. 二、生物大分子 （一 ）核酸携带遗传信息 • 核酸（nucleic acid）的种类 脱氧核糖核酸（DNA）：是遗传物质 核糖核酸（RNA）：与遗传信息的表达有关

10. β-D-核糖　　 戊 糖 β-D-2-脱氧核糖 核 苷 酸 核酸的组成单位 磷 酸 嘌 呤：Ａ Ｇ 含氮碱基 嘧 啶：Ｔ Ｃ Ｕ 携带遗传信息的核酸 • 1.核酸的化学组成

11. 携带遗传信息的核酸 碱 基 嘧 啶 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T 尿嘧啶 U 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 嘌 呤

12. 携带遗传信息的核酸 磷酸 脱氧核糖 核糖

13. 核苷酸的分子结构： 酯 键 糖苷键 核　苷 单 核 苷 酸

14. 5´ 核酸的分子结构： 3′5′— 磷酸二酯键 3´

15. 携带遗传信息的核酸 2.DNA的结构与功能 （1）DNA的分子结构: 基本组成单位是 脱氧核糖核酸。含A T G C四种碱基。 • 一级结构： DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序。 Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型。 • 二级结构：

16. 携带遗传信息的核酸 （2）DNA的结构特征： ⑴ DNA分子由两条脱氧核糖核苷酸链组成，两条链 逆向平行 ⑵ 碱基位于内侧，磷酸和戊糖位于外侧 ⑶ 碱基之间进行互补配对，A=T C≡G 且A+G=T+C ⑷ 碱基平面垂直于螺旋中心轴，螺旋一周包含10个 碱基，螺距3.4nm

17. DNA双螺旋结构模型 3.4nm 含10个碱基对 360°

18. 3′ T 5′ A C G 5′ 3′ DNA的双链形成

19. DNA的三种主要构象 http://www.hbcnc.edu.cn/~swx/mb/jan.htm

20. 携带遗传信息的核酸 （3）DNA的功能： • 储存、复制和传递遗传信息。 DNA →RNA →蛋白质

21. 携带遗传信息的核酸 3.RNA的结构与功能 • RNA的分子结构: • 基本组成单位是 核糖核酸。 • 含A U G C 四种碱基。 • RNA为单链，但有的可自身回折形成局部发夹结构。

22. snRNA（小核RNA）：含70-300核苷酸，参与基因转录产物的加工。snRNA（小核RNA）：含70-300核苷酸，参与基因转录产物的加工。 miRNA (微小RNA）：长约21-25nt的非编码RNA。参与细胞分化与发育的基因表达的调控。 携带遗传信息的核酸 2. RNA的种类与功能： mRNA（信使RNA）：携带遗传信息，作为 蛋白质的合成的模板. RNA rRNA （核糖体RNA）：是核糖体的组成成分. tRNA（转运RNA）：运输活化的氨基酸.

23. 携带遗传信息的核酸 核酶和脱氧核酶 • 核酶（ribozyme）：是具有酶活性的RNA。 • 脱氧核酶（deoxyribozyme）：具有特定生物 催化功能的DNA分子，也叫酶性DNA。

24. 三种RNA分子的结构特征和功能作用 mRNA tRNA rRNA 1%~5% 5%~10% 80%~90% 细胞中含量 大小悬殊 分子量最小 (0.36~1.1) × 106 74~95个核苷酸 分子量 沉降系数 6S~25S4S 5.8S 18S 28S 基本上呈线形，局部呈双链，形成发夹式结构。 线形，某些节段可能呈双螺旋结构。 结构特征 呈三叶草形 存在场所 胞核、质或核糖体 细胞质或核糖体 核糖体 运输活化的氨基酸到核糖体上 作为合成蛋白质的模板 为核糖体的组成成分 功能作用

25. 氨基酸 连接的位置 反密码子 tRNA分子结构模式 反密码环

26. DNA与RNA的区别 RNA DNA 戊 糖 脱氧核糖 核 糖 碱 基 A G C T A G C U 磷 酸 磷 酸 磷 酸 dAMP、dGMP AMP、GMP、 dCMP、dTMP CMP、UMP 核苷酸种类 结 构 双 链 单 链 存在部位 主要在细胞核 主要在细胞质 储存、复制和传递 与遗传信息表达 遗传信息 有关 功 能

27. 生物大分子的结构与功能 （二）蛋白质表达遗传信息 1.蛋白质（protein）分子的化学组成 • 蛋白质的基本单位——氨基酸（amino acid) • 组成蛋白质的主要元素—— C H O N；少量的S • 构成蛋白质的氨基酸有20种，结构的共同特点： • 含有碱性氨基（-NH2）和 酸性羧基（-COOH）， • 为两性化合物。

28. 氨基酸——两性化合物 — 酸性的羧基 COO- R 侧链— NH3+ _ 碱性的氨基

29. 由遗传信息表达的蛋白质 2.蛋白质的分子结构 • 蛋白质分子是由许多氨基酸分子通过肽键，依次 • 缩合而形成多肽链。 肽 键 氨基端 （N端） 羧基端 （C端）

30. NH H -H2O N H 肽键的形成 + 甘氨酰甘氨酸 肽键

31. 蛋白质的一级结构 • 蛋白质的一级结构：指多肽链中氨基酸的排列顺序。 • 主要的化学键：肽键，有些蛋白质还包括二硫键。

32. 二硫键 牛核糖核酸酶的一级结构 蛋白质的一级结构

33. 蛋白质的二级结构 • 蛋白质的二级结构：是在一级结构的基础上，肽链 主链内的氨基酸残基之间有规则地形成氢键相互作 用的结果。 • 主要形式：即α-螺旋和β-片层折叠结构。 　 • 主要的化学键：氢键

34. -螺旋

35. 蛋白质的三级结构 • 蛋白质的三级结构：不同侧链间相互作用形成的，是在二级结构的基础上进一步折叠形成的。 • 主要的化学键：氢键、离子键、疏水作用和 Van der Waals力。

36. 蛋白质的四级结构 • 蛋白质的四级结构：每条独立的三级结构的多肽链 构成蛋白质的亚基，若干亚基通过非共价键而相互 连接形成的复合体。（非共价键） • 亚基之间的结合力主要是：疏水作用，其次是氢键 和离子键。

37. 蛋白质的分子结构

38. 3.蛋白质的结构与功能的关系 蛋白质的功能取决于其结构（或构象），有什么样的结构就有什么样的功能。 一级结构是蛋白质功能的基础。 结构域（structural domains)是大分子蛋白质的结构组成单元。 组成一个结构域的氨基酸残基通常在40-350之间。 通常通过结构域去推断某些蛋白质的功能。 具有相同结构域的蛋白具有类似的功能。 4.酶

39. 本章节重点 • 1.DNA的双螺旋结构的特征与功能 • 2.RNA结构与功能 • 3.蛋白质的分子结构